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【C++进阶】C++11的新特性—右值引用和移动语义

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文章目录

  • 前言
  • 一、左值和右值
  • 二、左值引用和右值引用
  • 三、引用延长生命周期
  • 四、左值和右值的参数匹配
  • 五、右值引用和移动语义的使用场景
    • 5.1、左值引用主要使用场景回顾
    • 5.2、移动构造和移动赋值
    • 5.3、右值引用和移动语义解决传值返回问题
      • (1)右值对象构造,只有拷贝构造,没有移动构造的场景
      • (2)右值对象构造,有拷贝构造,也有移动构造的场景
      • (3)右值对象赋值,只有拷贝构造和拷贝赋值,没有移动构造和移动赋值的场景
      • (4)右值对象赋值,既有拷贝构造和拷贝赋值,也有移动构造和移动赋值的场景
    • 5.4、右值引用和移动语义在传参中的提效
  • 六、类型分类
  • 七、引用折叠
  • 八、完美转发
  • 总结


前言

C++98 的 C++ 语法中就已经有引用的语法了,而 C++11 中新增了的右值引用的语法特性,C++11 之后我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用,都是给对象取别名。我们本章节就来了解了解它们的区别以及作用吧。

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一、左值和右值

左值引用从我们了解 C++ 的第一课就已经是开始学习了,但是右值引用是什么呢?它的出现到底有什么意义的,我们来看看吧。

  • 左值是⼀个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针),一般是有持久状态,存储在内存中,我们可以获取它的地址,左值可以出现在赋值符号的左边,也可以出现在赋值符号的右边。定义时 const 修饰符后的左值,不能给他赋值,但是可以取它的地址
// 左值:可以取地址 
// Type& x// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = b;
*p = 10;
string s("111111");
s[0] = 'x';cout << &c << endl;
cout << (void*)&s[0] << endl;
  • 右值也是一个表示数据的表达式,要么是字面值常量、要么是表达式求值过程中创建的临时对象等,右值可以出现在赋值符号的右边,但是不能出现出现在赋值符号的左边,右值不能取地址
// 右值:不能取地址 
// Type&& ydouble x = 1.1, y = 2.2;// 以下⼏个10、x + y、fmin(x, y)、string("11111")都是常⻅的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
string("11111");
cout << &10 << endl;
cout << &(x+y) << endl;
cout << &(fmin(x, y)) << endl;
cout << &string("11111") << endl;

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  • 值得一提的是,左值的英文简写为 lvalue,右值的英文简写为 rvalue。传统认为它们分别是 left value、right value 的缩写。现代 C++ 中,lvalue 被解释为 loactor value 的缩写,可意为存储在内存中、有明确存储地址可以取地址的对象,而 rvalue 被解释为 read value,指的是那些可以提供数据值,但是不可以寻址,例如:临时变量,字面值常量,存储于寄存器中的变量等,也就是说左值和右值的核心区别就是能否取地址

二、左值引用和右值引用

  • Type& r1 = x; Type&& rr1 = y; 第一个语句就是左值引用,左值引用就是给左值取别名,第二个就是右值引用,同样的道理,右值引用就是给右值取别名
// 左值:可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = b;
*p = 10;
string s("111111");
s[0] = 'x';
double x = 1.1, y = 2.2;// 左值引⽤给左值取别名
int& r1 = b;
int*& r2 = p;
int& r3 = *p;
string& r4 = s;
char& r5 = s[0];// 右值引⽤给右值取别名
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);
string&& rr4 = string("11111");
  • 左值引用不能直接引用右值,但是 const 左值引用可以引用右值
  • 右值引用不能直接引用左值,但是右值引用可以引用 move(左值)
// 左值引⽤不能直接引⽤右值,但是const左值引⽤可以引⽤右值
const int& rx1 = 10;
const double& rx2 = x + y;
const double& rx3 = fmin(x, y);
const string& rx4 = string("11111");// 右值引⽤不能直接引⽤左值,但是右值引⽤可以引⽤move(左值)
int&& rrx1 = move(b);
int*&& rrx2 = move(p);
int&& rrx3 = move(*p);
string&& rrx4 = move(s);
string&& rrx5 = (string&&)s;

由于我们一般右值都是一些临时变量,字面值常量等具有常性的变量,如果我们左值直接去引用就相当于权限扩大了,所以我们必须 const 引用才行。
同时我们需要主要,我们不管去用左值引用右值还是用右值去引用左值,我们变量本身的性质是不会改变的,因为引用本身只是去去个别名,不会因为你左值引用/右值引用去引用右值/左值了,右值/左值就会变成左值/右值。

  • move是库里面的一个函数模板,本质内部是进行强制类型转换,当然他还涉及一些引用折叠的知识,这个我们后面会细讲
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  • 需要注意的是变量表达式都是左值属性,也就意味着一个右值被右值引用绑定后,右值引用变量表达式的属性是左值
// 这⾥要注意的是,rr1的属性是左值,所以不能再被右值引⽤绑定,除⾮move⼀下
int&& rr1 = 10;
int& r6 = rr1;

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如果上图还是不好理解的话,我们可以简略的这样理解。
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就和我们创建一个内存空间时用一个指针来接收是同一个原理,我们空间是在堆上的,但是指针是在栈上的,只不过通过指针就能找到我们创建的空间而已,这里也是一样的。我们设计者这么设计其实是有原因的,我们后面在细细说来。

  • 语法层面看,左值引用和右值引用都是取别名,不开空间。从汇编底层的⻆度看代码中 r1 和 rr1 汇编层实现,底层其实都是用指针实现的,没什么区别。底层汇编等实现和上层语法表达的意义有时是背离的,所以不要揉到一起去理解,互相佐证,这样反而容易陷入迷途

三、引用延长生命周期

右值引用可用于为临时对象延长生命周期,const 的左值引用也能延长临时对象生存期,但这些对象无法被修改。

std::string s1 = "Test";
// std::string&& r1 = s1; // 错误:不能绑定到左值
const std::string& r2 = s1 + s1; // OK:到 const 的左值引用延长生存期// r2 += "Test"; // 错误:不能通过到 const 的引用修改
std::string&& r3 = s1 + s1; // OK:右值引用延长生存期
r3 += "Test"; // OK:能通过到非 const 的引用修改std::cout << r3 << '\n';

四、左值和右值的参数匹配

  • C++98 中,我们实现一个 const 左值引用作为参数的函数,那么实参传递左值和右值都可以匹配
  • C++11 以后,分别重载左值引用、const 左值引用、右值引用作为形参的 f 函数,那么实参是左值会匹配 f(左值引用),实参是 const 左值会匹配 f(const 左值引用),实参是右值会匹配 f(右值引用)
  • 右值引用变量在用于表达式时属性是左值,这个设计这里会感觉很怪,下一小节我们讲右值引用的使用场景时,就能体会这样设计的价值了
void f(int& x)
{std::cout << "左值引⽤重载 f(" << x << ")\n";
}
void f(const int& x)
{std::cout << "到 const 的左值引⽤重载 f(" << x << ")\n";
}
void f(int&& x)
{std::cout << "右值引⽤重载 f(" << x << ")\n";
}
int main()
{int i = 1;const int ci = 2;f(i); // 调⽤ f(int&)f(ci); // 调⽤ f(const int&)f(3); // 调⽤ f(int&&),如果没有 f(int&&) 重载则会调⽤ f(const int&)f(std::move(i)); // 调⽤ f(int&&)// 右值引⽤变量在⽤于表达式时是左值int&& x = 1;f(x); // 调⽤ f(int& x)f(std::move(x)); // 调⽤ f(int&& x)return 0;
}

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五、右值引用和移动语义的使用场景

5.1、左值引用主要使用场景回顾

左值引用主要使用场景是在函数中左值引用传参和左值引用传返回值时减少拷贝,同时还可以修改实参和修改返回对象的价值。左值引用已经解决大多数场景的拷贝效率问题,但是有些场景不能使用传左值引用返回,如 addStrings 和 generate 函数,C++98 中的解决方案只能是被迫使用输出型参数解决。那么 C++11 以后可以使用右值引用做返回值解决吗?显然是不可能的,因为这里的本质是返回对象是一个局部对象,函数结束这个对象就析构销毁了,右值引用返回也无法改变对象已经析构销毁的事实。

class Solution 
{
public:// 传值返回需要拷贝string addStrings(string num1, string num2) {string str;int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;// 进位int next = 0;while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;int ret = val1 + val2 + next;next = ret / 10;ret = ret % 10;str += ('0' + ret);}if (next == 1)str += '1';reverse(str.begin(), str.end());return str;}
};
class Solution 
{
public:// 这里的传值返回拷贝代价就太大了vector<vector<int>> generate(int numRows) {vector<vector<int>> vv(numRows);for (int i = 0; i < numRows; ++i){vv[i].resize(i + 1, 1);}for (int i = 2; i < numRows; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}return vv;}
};

这两个函数的返回值是在函数中创建的局部对象,此时如果返回后,我们的函数销毁我们的局部对象也就销毁了,如果我们用一个指针指向它们,就相当于一个野引用,所以我们不能这样做。

5.2、移动构造和移动赋值

  • 移动构造函数是一种构造函数,类似拷贝构造函数,移动构造函数要求第一个参数是该类类型的引用,但是不同的是要求这个参数是右值引用,如果还有其他参数,额外的参数必须有缺省值
  • 移动赋值是⼀个赋值运算符的重载,他跟拷贝赋值构成函数重载,类似拷贝赋值函数,移动赋值函数要求第一个参数是该类类型的引用,但是不同的是要求这个参数是右值引用
  • 对于像 string/vector 这样的深拷贝的类或者包含深拷贝的成员变量的类,移动构造和移动赋值才有意义,因为移动构造和移动赋值的第一个参数都是右值引用的类型,他的本质是要 “窃取” 引用的右值对象的资源,而不是像拷贝构造和拷贝赋值那样去拷贝资源,从提高效率。下面的 zxl::string 样例实现了移动构造和移动赋值,我们需要结合场景理解
namespace zxl
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}string(const char* str = ""):_size(strlen(str)), _capacity(_size){cout << "string(char* str)-构造" << endl;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}void swap(string& s){::swap(_str, s._str);::swap(_size, s._size);::swap(_capacity, s._capacity);}string(const string& s):_str(nullptr){cout << "string(const string& s) -- 拷⻉构造" << endl;reserve(s._capacity);for (auto ch : s){push_back(ch);}}// 移动构造string(string&& s){cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;swap(s);}string& operator=(const string& s){cout << "string& operator=(const string& s) -- 拷⻉赋值" << endl;if (this != &s){_str[0] = '\0';_size = 0;reserve(s._capacity);for (auto ch : s){push_back(ch);}}return *this;}// 移动赋值string& operator=(string&& s){cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;swap(s);return *this;}~string(){cout << "~string() -- 析构" << endl;delete[] _str;_str = nullptr;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];if (_str){strcpy(tmp, _str);delete[] _str;}_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){if (_size >= _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;++_size;_str[_size] = '\0';}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}const char* c_str() const{return _str;}size_t size() const{return _size;}private:char* _str = nullptr;size_t _size = 0;size_t _capacity = 0;};
}

此时就能够看出为什么我们设计者要把右值引用的属性设置为左值了,因为我们移动构造和移动赋值要去掠夺我们右值引用的资源,如果是右值就不能够掠夺了,所以为此我们把它设计成左值从而实现掠夺效果。

5.3、右值引用和移动语义解决传值返回问题

(1)右值对象构造,只有拷贝构造,没有移动构造的场景

namespace zxl
{string addStrings(string num1, string num2){string str;int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;int next = 0;while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;int ret = val1 + val2 + next;next = ret / 10;ret = ret % 10;str += ('0' + ret);}if (next == 1)str += '1';reverse(str.begin(), str.end());cout << "******************************" << endl;return str;}
}int main()
{zxl::string ret = zxl::addStrings("11111", "2222");cout << ret.c_str() << endl;return 0;
}
  • 下图展示了 vs2019 debug 环境下编译器对拷贝的优化,左边为不优化的情况下,两次拷贝构造,右边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷贝合二为一变为一次拷贝构造

正常来说,当我们使用我们的匿名对象去传参时,我们编译器都会先调用构造函数先给匿名对象构造一个临时变量,然后我们的临时变量此时就会去拷贝构造传给我们的形参。但是这样太过于浪费效率了,所以我们 C++ 为了避免,就优化了这两个步骤,使其合二为一。

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  • 需要注意的是在 vs2019 的 release 和 vs2022 的 debug 和 release,下面代码优化为非常恐怖,会直接将 str 对象的构造,str 拷贝构造临时对象,临时对象拷贝构造 ret 对象,合三为一,变为直接构造。要理解这个优化要结合局部对象生命周期和栈帧的角度理解

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我们第三种优化不单单没有产生临时变量,甚至连 str 都没有产生,而是产生了一个临时变量的引用,也就是我们 str 变成了 ret 的引用,我们可以打印地址来看看它们的地址是否相同。

namespace zxl
{string addStrings(string num1, string num2){string str;int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;int next = 0;while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;int ret = val1 + val2 + next;next = ret / 10;ret = ret % 10;str += ('0' + ret);}if (next == 1)str += '1';reverse(str.begin(), str.end());cout << "******************************" << endl;cout << &str << endl; // 取 str 地址看看是不是 ret 的别名return str;}
}int main()
{zxl::string ret = zxl::addStrings("11111", "2222");cout << ret.c_str() << endl;cout << &ret << endl;return 0;
}

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(2)右值对象构造,有拷贝构造,也有移动构造的场景

上面是不包含我们的移动构造的场景,此时我们来看看包含了移动构造的场景是怎么样的。

  • 下图展示了 vs2019 debug 环境下编译器对拷贝的优化,左边为不优化的情况下,两次移动构造,右边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷贝合二为一变为一次移动构造。
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    此时我们和之前一样,只不过由于我们函数传过去的是右值,之前没有移动构造就会匹配普通的构造,现在有了就会匹配我们的移动构造。由于移动构造是对我们的资源进行掠夺,所以对资源的消耗和普通构造相比是极低的,相当于没有,所以此时我们的函数优化前和优化后其实效率的区别已经不是特别大了。

  • 需要注意的是在 vs2019 的 release 和 vs2022 的 debug 和 release,下面代码优化为非常恐怖,会直接将 str 对象的构造,str 拷贝构造临时对象,临时对象拷贝构造 ret 对象,合三为一,变为直接构造。要理解这个优化要结合局部对象生命周期和栈帧的角度理解

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(3)右值对象赋值,只有拷贝构造和拷贝赋值,没有移动构造和移动赋值的场景

  • 下图左边展示了 vs2019 debug 和 g++ test.cpp -fno-elide-constructors 关闭优化环境下编译器的处理,⼀次拷贝构造,⼀次拷贝赋值

上面的图已经解释清楚了,此处就不过多赘述。

  • 需要注意的是在 vs2019 的 release 和 vs2022 的 debug 和 release,下面代码会进一步优化,直接构造要返回的临时对象,str 本质是临时对象的引用,底层⻆度用指针实现。运行结果的角度,我们可以看到 str 的析构是在赋值以后,说明 str 就是临时对象的别名

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(4)右值对象赋值,既有拷贝构造和拷贝赋值,也有移动构造和移动赋值的场景

下图左边展示了 vs2019 debug 和 g++ test.cpp -fno-elide-constructors 关闭优化环境下编译器的处理,⼀次移动构造,⼀次移动赋值

需要注意的是在 vs2019 的 release 和 vs2022 的 debug 和 release,下面代码会进一步优化,直接构造要返回的临时对象,str 本质是临时对象的引用,底层⻆度用指针实现。运行结果的⻆度,我们可以看到 str 的析构是在赋值以后,说明 str 就是临时对象的别名

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我们的移动语义出现后,我们对 C++ 的优化存在与否就已经不重要了,因为我们不管优化还是不优化效率,有了移动语义效率都是非常低的。而且我们的优化只是编译器的个人行为而非统一行为,所以我们可能换个编译器,优化就没了,非常不靠谱,但是我们移动语义是 C++ 就包含的特性。当然,这些各种各样的优化的出现,其实也是因为 C++11 里 C++98 相差 13 年没更新,程序猿的无奈之举罢了,不然就不会有这些优化了,所以说:托更害人啊


5.4、右值引用和移动语义在传参中的提效

  • 查看 STL 文档我们发现 C++11 以后容器的 push 和 insert 系列的接口增加的右值引用版本
  • 当实参是一个左值时,容器内部继续调用拷贝构造进行拷贝,将对象拷贝到容器空间中的对象
  • 当实参是一个右值,容器内部则调用移动构造,右值对象的资源到容器空间的对象上
  • 其实这里还有一个 emplace 系列的接口,但是这个涉及可变参数模板,我们需要把可变参数模板讲解以后再讲解 emplace 系列的接口

六、类型分类

  • C++11 以后,进一步对类型进行了划分,右值被划分纯右值(pure value,简称prvalue)和将亡值(expiring value,简称xvalue)
  • 纯右值是指那些字面值常量或求值结果相当于字面值或是一个不具名的临时对象。如:42、true、nullptr 或者类似 str.substr(1, 2)、str1 + str2 传值返回函数调⽤,或者整形 a、b、a++、a+b 等。纯右值和将亡值 C++11 中提出的,C++11 中的纯右值概念划分等价于 C++98 中的右值
  • 将亡值是指返回右值引用的函数的调用表达式和转换为右值引用的转换函数的调⽤表达,如 move(x)、static_cast<X&&>(x)
  • 泛左值(generalized value,简称glvalue),泛左值包含将亡值和左值
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这个语法只是对类型进行划分,其实不是特别的重要,了解一下即可。


七、引用折叠

  • C++ 中不能直接定义引用的引用如 int& && r = i; ,这样写会直接报错,通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引用的引用
  • 通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引用的引用时,这时 C++11 给出了一个引用折叠的规则:右值引用的右值引用折叠成右值引用,所有其他组合均折叠成左值引用
  • 下面的程序中很好的展示了模板和 typedef 时构成引用的引用时的引用折叠规则,大家需要一个一个仔细理解一下
```bash
typedef int& lref;
typedef int&& rref;int n = 0;lref& r1 = n;  // r1 的类型是 int&
lref&& r2 = n; // r2 的类型是 int&
rref& r3 = n;  // r3 的类型是 int&
rref&& r4 = 1; // r4 的类型是 int&&

我们可以看到,我们前 3 个引用就被折叠了。只有两个都是右值引用时才会折叠成右值引用,否则就都是左值引用。

  • 像 f2 这样的函数模板中,T&& x参数看起来是右值引用参数,但是由于引用折叠的规则,他传递左值时就是左值引用,传递右值时就是右值引用,有些地方也把这种函数模板的参数叫做万能引用
  • Function(T&& t) 函数模板程序中,假设实参是 int 右值,模板参数 T 的推导 int,实参是 int 左值,模板参数 T 的推导 int&,再结合引用折叠规则,就实现了实参是左值,实例化出左值引用版本形参的 Function,实参是右值,实例化出右值引用版本形参的 Function

我们在现实中一般都是这样使用引用折叠的。

// 由于引⽤折叠限定,f1实例化以后总是⼀个左值引⽤
template<class T>
void f1(T& x)
{}

我们写了一个左值引用的函数模板,此时我们去传参。

// 没有折叠->实例化为void f1(int& x)
f1<int>(n);
f1<int>(0); // 报错

我们会发现当我们传递右值时无法传过去,此时并没有发生引用折叠。

// 折叠->实例化为void f1(int& x)
f1<int&>(n);
f1<int&>(0); // 报错

此时我们这里发生了引用折叠,此时按道理我们的 f1 的参数 T& x应该实例化成 int& &x,但是由于引用折叠,实际上是实例化成 int& x。

// 折叠->实例化为void f1(int& x)
f1<int&&>(n);
f1<int&&>(0); // 报错

虽然这里传了右值引用给模板,但是由于引用折叠,所以实例化出来的依旧是左值引用,所以依旧报错。

// 折叠->实例化为void f1(const int& x)
f1<const int&>(n);
f1<const int&>(0);// 折叠->实例化为void f1(const int& x)
f1<const int&&>(n);
f1<const int&&>(0);

这两个实例化出来的经过折叠,依然是左值引用,但是由于是 const 支持引用右值,而不是说是实例化为右值。
由于引用折叠的限制,我们的 f1 无论如何,都是一个左值引用。

// 由于引⽤折叠限定,f2实例化后可以是左值引⽤,也可以是右值引⽤
template<class T>
void f2(T&& x)
{}

如果我们的模板是一个右值,此时我们就能达到一个传左值就是左值,传右值就是右值的效果啦。

// 没有折叠->实例化为void f2(int&& x)
f2<int>(n); // 报错
f2<int>(0);// 折叠->实例化为void f2(int& x)
f2<int&>(n);
f2<int&>(0); // 报错// 折叠->实例化为void f2(int&& x)
f2<int&&>(n); // 报错
f2<int&&>(0);

向上面的这种模板,我们有的地方也称之为万能引用。
当然,如果我们传参传的是 int 型,那我们的形参也是右值引用,但是我们 T 是 int。

template<class T>
void f2(T&& x)
{int a = 1;T b = a;cout << &a << endl;cout << &b << endl;
}int main()
{f2(1);return 0;
}

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此时我们可以看到我们的地址不相同,所以 T 被推导成了 int。
但是如果我们此时传一个左值给 f2,那我们的 T 是否还会推导成 T 呢?

int main()
{int a = 0;f2(a);return 0;
}

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此时我们发现,我们的 b 的地址和 a 的地址是一样的,也就是说我们的 T 被推导成 int& 了。
如果传过去的是 const int&,我们 T 推导的就是 const int&。

template<class T>
void f2(T&& x)
{int a = 1;T b = a;b++;cout << &a << endl;cout << &b << endl;}int main()
{const int& a = 0;f2(a);return 0;
}

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如果我们使用 move(b) 右值,那推导出来的 T 就会变成 const int。

int main()
{// std::move(b)右值,推导出T为const int,模板实例化为void f2(const int&& t)// 所以f2内部会编译报错,b不能++const int b = 8;f2(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

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八、完美转发

  • Function(T&& t) 函数模板程序中,传左值实例化以后是左值引用的 Function 函数,传右值实例化以后是右值引用的 Function 函数

  • 但是结合我们上面的讲解,变量表达式都是左值属性,也就意味着一个右值被右值引用绑定后,右值引用变量表达式的属性是左值,也就是说 Function 函数中 t 的属性是左值,那么我们把 t 传递给下一层函数 Fun,那么匹配的都是左值引用版本的 Fun 函数。这⾥我们想要保持 t 对象的属性,就需要使用完美转发实现

  • template T&& forward (typename remove_reference::type& arg);

  • template T&& forward (typename remove_reference::type&& arg);

  • 完美转发 forward 本质是一个函数模板,他主要还是通过引用折叠的方式实现,下面示例中传递给 Function 的实参是右值,T 被推导为 int,没有折叠,forward 内部 t 被强转为右值引用返回;传递给 Function 的实参是左值,T 被推导为 int&,引用折叠为左值引用,forward 内部 t 被强转为左值引用返回

我们的程序有的时候会出现一些退化的问题,此时我们就要用到完美转发啦。
造成退化的问题主要是我们的右值引用属性是左值导致的,此时我们把含有左值属性的变量传递下去,那就变成了左值了。但是我们不想这样做。

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
template<class T>
void Function(T&& t)
{Fun(t);
}int main()
{// 10是右值,推导出T为int,模板实例化为void Function(int&& t)Function(10); // 右值int a;// a是左值,推导出T为int&,引⽤折叠,模板实例化为void Function(int& t)Function(a); // 左值// std::move(a)是右值,推导出T为int,模板实例化为void Function(int&& t)Function(std::move(a)); // 右值const int b = 8;// a是左值,推导出T为const int&,引⽤折叠,模板实例化为void Function(const int& t)Function(b); // const 左值// std::move(b)右值,推导出T为const int,模板实例化为void Function(const int&& t)Function(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

我们看上面的这一串代码,我们这些代码有的是传左值,有的是传右值,实例化出来的也应该有的是左值,有的是右值,但是为什么当我们去调用 Fun 函数时都变成了左值?
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原因就是我们上面所说的,我们右值引用属性是左值,那调用 Fun 是不就变成了左值啦。所以 C++11 中为了避免发生这样的事情,就发明了一个叫做完美转发的操作。
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这是一个函数模板,它的使用方法也非常简单。

void Function(T&& t)
{Fun(forward<T>(t));
}

只要给会退化的地方套用这个函数模板就可以解决退化问题了。
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完美转发的作用就是保持属性向下传递不会改变。它相当于是推导 T, 如果是 int 等就相当于是右值,然后把我们的参数强转一下传递下去,如果是 int&,那就是左值就直接传递。



总结

这就是我们的右值引用和移动语义的用法啦,还是比较复杂的,大家好好理解,它的存在其实是非常重要的,现在的各种编译器的优化之所以存在就是因为它出现的太晚了,我们大家得好好掌握。

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🎇坚持到这里已经很厉害啦,辛苦啦🎇
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づ♡ど
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